Основные закономерности биологического действия ионизирующей радиации

ПРИНЦИПЫЛУЧЕВОГО ЛЕЧЕНИЯ ЗЛОКАЧЕСТВЕННЫХ ОПУХОЛЕЙ

При лучевой терапии больных со злокачественными опухолями в настоящее время используются различные источники ионизирующего из­лучения: рентгене- и гамматерапевтические установки, радиоактивные изотопы, генераторы жесткого тормозного, электронного, протонного и нейтронного излучения.

Основные закономерности биологического действия ионизирующей радиации

Наиболее важным отличием лучевого повреждения от других видов воздействия является подавление способностей облученных тканей к регенерации (угнетение функции роста и размножения клеток). Друг­ой особенностью действия ионизирующей радиации является подавлен-ние способности к адаптации - приспособлению к изменениям внешней и внутренней среды. И третьей способностью является возможность безпороговых реакций, т.е. развитие необратимых изменений в клет­ках при облучении, даже в ничтожно малых дозах. К таким реакциям относятся генетические и соматические мутации, приводящие к изме­нению наследственности.

Биологическая эффективность ионизирующей радиации зависит от плотности ионизации (число пар ионов на 1 см. пути частицы в вещес­тве), от способности излучения проникать через разные тела и тка­ни (наиболее малая проникающая способность альфа-частиц, наиболь­шая - гамма-частиц), от величины дозы ионизирующего излучения (последняя зависит от применяемого источника излучения), от фак­тора времени (чем он будет больше, тем выраженное наблюдается эф­фект действия) и от величины облучаемого объема (чем больше объем облучаемого объекта, тем больше требуется лучевой энергии, что является небезучастным для всего организма).

При изучении радиочувствительности отдельных частей клетки была выявлена большая чувствительность ядра, в несколько сотен раз превышающая чувствительность цитоплазмы. Особой чувствитель­ностью обладает его хромосомный аппарат. Неодинакова радиочувст­вительность и в зависимости от фазы митотического деления. Наи­большей радиочувствительностью обладают клетки в премитотической фазе и фазе митоза. Облучение в этот период ведет к быстрой гибе­ли клетки. Патологическая ткань и, в частности, опухолевых, неред­ко оказываются более чувствительными к излучению, чем нормальная. Но в свою очередь и различные опухоли обладают разной радиочувст­вительностью. Опухоли, развивающиеся из ткани, способной к проли­ферации, являются наиболее чувствительными (опухоли из лимфоидной ткани, половых желез); опухоли, развивающиеся из ткани, не способ­ной к физиологической регенерации (мышечная и нервная ткань), на­именее радиочувствительны.

Большую роль играет и степень дифференцировки опухолевых кле­ток. По мере уменьшения дифференцироки клеток увеличивается их радиочувствительность.

Большое влияние на радиочувствительность оказывают функциона­льное состояние органа или ткани, всякое повышение функции ткани или органа ведет за собой и повышение радиочувствительности.

Большую роль оказывает состояние иннервации облученной облас­ти, а также состояние центральной нервной системы. Понижение их функциональной активности под воздействием дополнительных факторов (денервация, анестезия, наркоз, сон и т.д.) ведет к понижению ра-диочувствитедьности. Повышение же их функциональной активности, вызываемое фармакологическими средствами, повышает радиочувстви­тельность организма к излучению.

Большое влияние на радиочувствительность оказывает наличие в цитоплазме и в окружающей среде кислорода. Повышение содержания кислорода приводит к увеличению радиочувствительности тканей.

Наблюдается также различная радиочувствительность от локализцции опухоли при учете их одинакового гистологического строения и других функцио­нальных способностей. Так, плоскоклеточный рак кожи губы обладает большей радиочувствительностью,по сравнению с раком пищевода.

Радиочувствительность опухоли связана с характером ее роста. При экзофитном рос­те радиочувствительность опухоли выше, чем при инфильтрирующем. Опухоли с хорошим кровоснабжением, строма которых богата лимфоцитами, эозинофилами, отличается большей радиочувствительностью, чем опухоли с развитой плотной стромой, особенно при наличии отека стромы, гиалинизации волокон.

При большей давности существования опухоли чувствительность к радиации снижается, возможно вследствие приобретения клетками опухоли большей зрелости. Опухоли больших размеров часто менее чувствительны к излучению, чем опухоли малых размеров, что, очевидно, связано с нарушением кровообращения центральной части опу­холи и, в связи с этим, недостаточно снабжается опухоль кислоро­дом.

Постепенно вызываемая анемия опухоли за счет уменьшения крово­снабжения приводит к понижению радиочувствительности.

Определенный интерес представляет разбор вариантов, при кото­рых наблюдается понижение радиочувствительности опухоли. Было отмечено, что все фак­торы, способствующие постепенному уменьшению васкуляризации опу­холи и увеличению фиброза, ведут к увеличению ее резистентности. Так, лучевому лечению плохо поддаются опухоли, возникающие в виде рецидива после хирургического или лучевого лечения. В связи с эт­им при лучевой терапии рекомендуется применять лучше единственный курс лечения, хотя с большей дозой облучения. Но в настоящее вре­мя это положение пересматривается. Некоторые авторы полагают, что в связи с наибольшей радиочувствительности опухолевых клеток в фазе митоза и их дли­тельным циклом жизни целесообразно проводить не один, а два курса облучения с перерывом в 3-4 недели. К этому сроку возобнавляется подавленная облучением митотическая активность клеток и радиочувствительность кле­ток снова повышается.

Под влиянием воспалительного процесса радиочувствительность нормальной ткани по­вышается, а радиочувствительность опухолевой ткани снижается.

Большое значение для радиочувствительности нормальных и опухолевых тканей имеет общее состояние организма, наличие сопутствующих заболеваний, воз­раст, влияние проводимой медикаментозной терапии и т.д.

Под воздействием проникающей радиации наблюдается как общая реакция организма, так и местные изменения непосредственно в зоне облучения. Клинически общая реакция на облучение проявляется го­ловной болью; нарушением сна, неустойчивостью в настроении, поте­рей аппетита, тошнотой, а в тяжелых случаях - рвотой. В патогене­зе общей реакции на облучение большое значение имеет нервнорефлекторный механизм. При этом происходят определенные изменения со стороны ряда органов и тканей.

Лечение общей реакции, сопровождающей лучевую терапию. Наибольшее значение имеют производные цистеина и цистамина и средства, стимулирующие кроветворные органы. К первым относятся пропамин, меркамин по 1-2 мл 10% раствора внутривенно и в драже по 0,005 г за 30 мин. до облучения. Рекомендуется аминазин внутрь по 25-30 мг 3 раза в день или внутримышечно по 5-10 мл 0,5% рас­твора, внутривенно I мл 2,5% раствора в глюкозе. Промалин и амин­азин противопоказаны при острых и хронических инфекциях. Аналогич­ное действие оказывает амигдалин в таблетках по 200 мг за 1-1,5 ч. до облучения в течение 20-30 дней. Для стимуляции кроветворения назначают аскорбиновую кислоту внутривенно, нуклеиновокислый нат­рий в дозе 0,3-0,5 г 3 раза в день, фолиевую кислоту по 50 мг внутрь, витамин В₆ по 20 мг подкожно ежедневно в течение 3-5дней, лейкоген по 0,02 г. в таблетках 3 раза в день в течение всего кур­са лечения, батилол 0,02 г 2-3 раза в день, кафедрин по 1-2 табл. по 3 раза в день, при облучении органов желудочно-кишечного трак­та - холензим по I таблетке 2-3 раза в день. В случаях выраженной интоксикации - переливание консервированной крови, при развившей­ся лейкопении - лейкоцитной массы.

Принципы планирования лучевой терапии. Применение лучевой терапии, ее метод:-и комбинация с другими видами проводится строго индивидуально.

У больных в удовлетворительным общим состоянием с опухолями I, II и III ст. при высокой и средней радиочувствительностb опухоли лучевая терапия по­казана как самостоятельный метод лечения по радикальной програм­ме. При этом в поле облучения включаются первичный очаг и зоны cубклинической диссеминации и регионарные лимфоузлы. Разовая и курсовая доза соответствует гистологическому строению опухоли. При опухолях 1V ст. со значительными нарушениями со стороны внут­ренних органов лучевая терапия показана по паллиативной програм­ме с целью уменьшить симптомы заболевания и продлить жизнь боль­ного. Для этой цели уменьшается разовая, курсовая доза и объем облучаемых тканей. Самостоятельная лучевая терапия показана при раке кожи, губы, гортани, рото- и носоглотки, шейки матки, неко­торых опухолях костей (ретикулосаркома, опухоль Юинга), при зло­качественных лимфомах и у неоперабельных больных с любой локали­зацией опухоли.

При опухолях меньшей радиочувствительностью применяется комбинированный метод -сочетание лучевой терапии с хирургическим методом. В операбельных случаях лучевая терапия проводится в предоперационном периоде с целью снижения митотичеекой активности опухолевых клеток, разрушения микрометастазов и диссеминированных клеток, которые является более радиочувствительными, чем первичная опухоль, независимо от ее гис­тологического строения. Лучевая терапия применяется и в послеопе­рационный период в случаях нерадикальных операций.

При заметных различиях в радиочувствительности первичной опухоли и ее регионарных метастазов комбинация может меняться. Например, при злокачес­твенных опухолях яичника первичная опухоль удаляется хирургически, а регионарные метастазы подлежат лучевой терапии. При раке губы - наоборот.

При опухолех, склонных к широкой диссеминации, лучевую тера­пию сочетают с химиотерапией (лимфогранулематоз, ретикулосаркома, саркома Юинга и др.).

Характеристика источников ионизирующего излучения. Ионизирующее излучение принято делить на излучения электромаг­нитной природы и корпускулярное. К первым относятся рентгеновские излучения и гамма-излучения, представляющие потоки квантов, не имеющих заряда, энергия которых определяется их частотой или длиной волны. Ко вторым относится поток элементарных частиц - электронов, позитронов, протонов, нейтронов, дейтронов, альфа-частиц.

В качестве источников ионизирующего излучения применяются ра­диоактивные изотопы и специальные аппараты.

Радиоактивные изотопы. Распад радиоактивного изотопа сопро­вождается испусканием из ядра элементарных частиц (электроны, позитроны, альфа-частицы) и превращением в другое радиоактивное или стабильное вещество. При выходе из ядра элементарных частиц испускается квант электромагнитного гамма-излучения. Элементар­ные частицы и гамма-кванты дают три вида излучения: альфа-, бета- и гамма-излучение. Радиоактивные изотопы могут быть использованы как для наружного облучения, так и для внутреннего.

Радиоактивный кобальт (Со). Для медицинских целей выпуска­ется со специальными фильтрами для поглощения бета-излучения. Препараты Со изготовляются в виде трубочек, игл, шариков, от­резков проволоки, гранул, которые используются для различных видов внутреннего облучения Со в виде источников большой актив­ности для дистанционной гамматерапии.

Цезий-137 (Cs¹³⁷). Применяется для изготовления игл и трубо­чек, используемых для близкофокусных гамма-аппаратов.

Иридий-192 (Ir¹⁹²) Используется в виде отрезков проволоки для заполнения нейлоновых нитей и радиоактивных игл,

Тантал-182 (Та¹⁸²). Применяется в таком же виде, как и иридий.

Вышеперечисленные препараты относятся к гамма-излучателям с различной энергией излучения.

К бета-излучающим радиоактивным веществам относятся: стронций - 90 (Sr⁹⁰), церий-144 (Се144), радиоактивный фосфор (Р³²), радиоактивный кальций (Са⁴⁵), радиоактивный таллий (ТI²⁰⁴), радио­активная сера (S³⁵), радиоактивный прометей (Рm¹⁴⁷). Преимущес­твенным бета-излучением обладают радиоактивный йод (I¹³¹), радио­активное золото (Аu¹⁹⁸).

Аппараты - источники излучения электромагнитной природы. К ним относятся различные гамма-установки, где используются различные изотопы с больиим периодом полураспада (Со⁹⁰, Сs¹³⁷). Они сос­тоят из штатива, укрепленного на полу, радиационной головки и приборов для дистанционного управления аппаратом. Аппарат "АГАТ-С" предназначен для статического облучения и представляет улучшенный вариант "Луч-1". Аппарат "АГАТ-Р" предназначен для ротационного, секторного, тангенциального и статического облучения глубоко рас­положенных опухолей.

Аппарат "АГАТ-В" предназначен для внутриполостной лучевой те­рапии.

Аппарат "Рокус-М" позволяет осуществлять все методы дистанци­онной гамма-терапии.

Источники корпускулярного излучения. К ним относятся линейные ускорители и фазотроны.

Методы лучевой терапии

При лучевой терапии облучение патологического очага достига­ется применением различных методов.

I. Метод контактного облучения

Основной особенностью при всех контактных методах лучевой те­рапии является быстрое падение мощности дозы по мере отдаления от препарата на протяжении уже 1-го см, что позволяет создать вы­сокую дозу излучения в патологическом очаге с крутым падением мощности дозы за его пределы. Эта особенность данного метода яв­ляется его преимуществом, так как при нем происходит минимальное повреждение здоровых тканей.

а) Аппликационный метод. При этом методе источник излучения представляет собой излучающую поверхность, имеющую различную фор­му, размеры и кривизну. При аппликационном методе применяются бе­та- и гамма-излучатели. Источниками бета-терапии могут служить

P³², F²⁰⁴, Sz⁹⁰, Pm¹⁴⁷ и другие. Проникающая способность их сос­тавляет от нескольких десятых долей мл до нескольких мл. В связи с этим метод применяется при поверхностных поражениях кожи и сли­зистых оболочек (капиллярные ангиомы, болезнь Боуэна, старческие гиперкератозы, злокачественные опухоли и некоторые заболевания глаз). В настоящее время имеются готовые гибкие аппликаторы раз­личных размеров с радиактивным изотопом. По величине опухоли отрезается часть аппликатора, вкладывается в целлофановый кон­верт и накладывается на пораженный участок и прибинтовывается. Аппликаторы, содержащие ТI²⁰⁴ и Cr⁹⁰, вырезать не разрешается в связи с длительным периодом полураспада. Ограничение площади облучения достигается наложением свинцовой фольги, в котором вырезается окно по размеру опухоли.

При гамма-терапии используются препараты радия, радия-мезотория, радиоактивных Со⁶⁰ и Сs¹³⁷. Препараты могут иметь форму трубочек или шариков, диаметром 5-6 мм. Данный вид терапии приме­няется при раке кожи, губы, рецидивах рака молочной железы, кавер­нозных гемангриомах при инфильтрации тканей на глубину не более 1-1,5 см. Для проведения лечения из пасты колумбия, зубоврачебно­го стенса или другого материала изготовляется маска или муляж, на котором размещаются радиоактивные препараты. Муляж имеет тол­щину I см при опухоли не превышающей I см или расстояние увеличи­вается до 2 см при большей инфильтрации опухолью. Для этого при­меняются специальные подкладки. Распределение препаратов на повер­хности муляжа производится в соответствии с правилами Патерсона и Паркера:

I) препараты укладываются по периферии новообразования, отс­тупая от его края на 0,5-1 см и образуя при этом фигуру треуголь­ника, квадрата или прямоугольника, многоугольника; 2) линейная активность используемых препаратов обязательно должна быть одинако­вой; 3) при поперечнике образованной фигуры больше двойного расс­тояния источник - кожа, внутрь фигуры укладываются дополнительные препараты; 4) активность дополнительных препаратов должна состав­лять 1/2-2/3 активности препаратов, уложенных по периферии.

Аппликационный метод может проводиться протяженно - по 12-16 часов в сутки и фракционно - по 3-6 часов в сутки.

Общая доза при протяженном облучении 5000-5500 рад при мощнос­ти 30-35 рад/час, при фракционном облучении она увеличивается до 6000-7000 рад. при мощности излучения 100-200 рад/час и ежедневн. дозе 400-600 рад.

б) Внутритканевой метод. При этом методе радиоактивные препа­раты вводятся непосредственно в опухоль. Источниками излучения мо­гут служить препараты радия, радия-мезотория, радиоактивных ко­бальта, иридия, тантала, цезия и, кроме этого, коллоидные радиоактивные растворы золота, силиката иттрия и фосфата хрома. Препара­ты радия, радия-мезотория и кобальта имеют вид игл. Радиоактивные кобальт, иридий, тантал, помимо игл, используются в виде отрезков проволоки длиной 3-4 мм, которыми заполняются тонкие нейлоновые трубочки, употребляемые в качестве нитей для прошивания опухолей. При этом методе применяют также гранулы из Au¹⁹⁸ и родоновыв зер­на (стеклянные капилляры длиной 2-3 мм, помещенные в золотые филь­тры). Внутритканевой метод показан при лечении хорошо отграничен­ных опухолей диаметром не более 5 см, а также при наличии.опухоли подвижных органов (рак кожи, губы, языка, века, ануса, рецидивы после лучевого и хирургического лечения рака различной локализа­ции). Введение препаратов производится в операционной с соблюдени­ем асептики. Анестезия может быть местной, но лучше регионарной. В зависимости от размеров опухоли препараты могут быть введены в одной или двух паралельно расположенных плоскостях или в виде ге­ометрических фигур, окаймляющих опухоль с дополнительными рядами внутри фигуры.

При использовании радия или радия-мезотория расстояние между рядами I см, кобальта - 1,5 см, золота - 0.7 см. Оптимальной до­зой мощности является 30-35 рад/час и общая доза 5000-6000 рад. При некоторых формах опухоли (рак мочевого пузыря, рак корня язы­ка) извлечение после окончания экспозиции представляет определен­ную трудность. В этих случаях используются гранулы Au¹⁹⁸ с помощью специального инструмента-пистолета. Эти гранулы не извлекаются, они остаётся навечно.

Относительно равномерное дозное поле можно создать, вводя в опухоль радиоактивные коллоидные растворы. С этой целью в опухоль вводится длинная игла (размер опухоли не более 2.см) или прово­дится несколько инъекций при больших размерах, радиоактивный пре­парат вводится при помощи специального шприца, защищенного свин­цом.

в ) Радиохирургический метод. Это метод заключается в хирурги­ческом удалении опухоли с последующими введениями радиоактивных препаратов в ткани ложа опухоли. Для этой цели могут быть исполь­зованы препараты, имеющие форму трубочек и игл, содержащих радий, радий-мезоторий, радиоактивный кобальт, цезий, а также нейлоновые трубочки, содержащие радиоактивный тантал, иридий, кобальт. Также широко используется радиоактивное золото. Эти препараты фиксиру­ются кетгуном в ране, рана зашивается и концы нитей, удерживающие препарат, выводятся между швов. После окончания экспозиции (5-7 дней) препарат извлекают. Общая доза в зависимости от радикальн­ости операции составляет от 45000-6000 рад, мощность дозы не дол­жна превышать 30-35 рад/час. Коллоидное радиоактивное золото вво­дится спустя несколько дней после операции (до 2 недель" по вы­шеуказанной методике. Доза при полном распаде Au¹⁹⁸ составляет 10000-20000 рад.

г) Внутриполостной метод. Обычно применяется при опухолях по­лых органов (пищевод, носоглотка, шейка и тело матки, мочевой пу­зырь, прямая кишка) в сочетании с наружным облучением. Радиоактив­ные препараты (радий, радий-мезоторий, радиоактивный кобальт) вво­дят в полость в резиновых трубках, баллонах, специальных аппликаторах. При лечении опухоли длинных и узких полостных органов (пи­щевод, носоглотка, нос) применяют препараты, расположенные в од­ной линии (линейные источники). При лечении опухолей широких по­лостных органов (матка, прямая кишка, мочевой пузырь) применяют объемные источники излучения, приготовленные из шаровидных радио­активных препаратов или радиоактивных растворов.

При лечении рака носоглотки и слизистой оболочки полости но­са облучение проводится ежедневно или через день по 2-3 часа. Мощность дозы на слизистой оболочке IOO-I50 рад/час. Общая доза -3000-4000 рад. Если лечение проводится только внутриполосным ме­тодом, то доза увеличивается до 6000-7000 рад. При лечении рака пищевода применяется специальный двухканальный резиновый зонд. Об­щая длина препаратов, расположенных в одну линию, должна превы­шать видимый на рентгенограмме длинник поражения не менее чем на 3 см с обоих концов. Облучение проводится через 1-2 дня по 3-4 ч. Мощность дозы 100-200 рад/час, ежедневная доза 300-500 рад., об­щая - 3000-4000 рад. Обязательно дополнительно применяется наруж­ное облучение.

При раке мочевого пузыря применяется.трехканальный баллон-кра­тер. Один канал предназначен для введения радиоактивного препара­та, другой - для отведения мочи, третий - для введения воздуха. Лечение проводится фракционно по 6-7 часов 2-3 раза в интервалом в I неделю. Ежедневная доза в пределах 1500-2000 рад. и общая -до 3000-4000 рад.

При применении только внутриполостного метода общая доза 7000 рад. При раке прямой кишки применяют макросуспензию из Со⁶⁰, бу­сы из Со⁶⁰ и аппликаторы. В качестве макросуспензии применяют гум­миарабик, содержащий шаровидные источники из Со⁶⁰ диаметром 0,2см. Для этой цели применяются комплекты шариков по 40-60-80 мкюри. Макросуспензия нагнетается при помощи специального аппарата в ре­зиновый баллон-зонд, предварительно введенный в прямую кишку. Эк­спозиция должна составлять 120 рад/час.